进程间通信----共享内存机制

共享内存机制

是允许两个或多个进程（不相关或有亲缘关系）访问同一个逻辑内存的机制。它是共享和传递数据的一种非常有效的方式。不同进程之间共享的内存通常安排为同一段物理内存。

System V版本的共享内存 shmm

1.多个进程直接共享内存

1. ftok函数生成key标识符

• key_t ftok(const char *pathname,int proj_id)
  • 函数ftok把一个已存在的路径名和一个整数标识符转换成一个key_t值，称为IPC键值（也称IPC key键值）

2. 创建一个共享内存块，返回这个共享内存块的标识符shmid

• int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg)
• 参数说明：
  • key - ftok的返回值,或者通过强制转换
  • size － 申请的共享内存的大小，为4k的整数倍；
  • shmflg － IPC_CREAT 若共享内存存在就获取,不存在就创建

3. 挂接共享内存（将进程地址空间挂接到物理空间，可以有多个挂接）

• void *shmat(int shmid,const void *shmaddr, int shmflg)
• 参数说明：
  • shmid － 挂接的共享内存ID.
  • shmaddr － 一般为0，表示连接到由内核选择的第一个可用地址上
  • shmflg － 一般为0

4. 取消共享内存映射

• int shmdt(const void *shmaddr);

5. 用于控制共享内存

• int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
• 参数:
  • shmid － 由shmget返回的共享内存标识码
  • cmd － 将要采取的动作（可取值:IPC_STAT、IPC_SET、IPC_RMID）
  • buf － 指向一个保存着共享内存的模式状态和访问权限的数据结构

shmwrite.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

struct Conn_stat
{
	int count;
	char ip[64];
};


int main()
{
	
	void *shm = NULL;
	
	int shmid = 0, i = 0;
	struct Conn_stat stat = {0,"127.0.0.1"};
	
	//创建一个共享内存块，返回这个共享内存块的标识符shmid
	shmid = shmget((key_t)1234, sizeof(struct Conn_stat), 0666|IPC_CREAT);
	if(shmid == -1)
	{
		fprintf(stderr, "shmget failed\n");
		exit(1);
	}
	//将共享内存连接到当前进程的地址空间
	shm = shmat(shmid, (void*)0, 0);
	if(shm == (void*)-1)
	{
		fprintf(stderr, "shmat failed\n");
		exit(2);
	}
	
	// 打印共享内存地址
	printf("Memory attached at %p\n", shm);
	
	//设置共享内存
	struct Conn_stat *p = (struct Conn_stat*)shm;

	// 向共享内存传值
	memcpy(p,&stat,sizeof(struct Conn_stat));
	
	while((i++) < 30)//修改共享内存中写数据
	{
		p->count++;
		sleep(1);
	}
	
	//把共享内存从当前进程中分离
	if(shmdt(shm) == -1)
	{
		fprintf(stderr, "shmdt failed\n");
		exit(3);
	}
	
	exit(0);
}

shmread.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

struct Conn_stat
{
	int count;
	char ip[64];
	
};

int main()
{
	void *shm = NULL;//分配的共享内存的原始首地址
	struct Conn_stat *stat = NULL;//指向shm
	int shmid;//共享内存标识符
	
	//IPC_CREAT:不存在就创建,存在就获取
	shmid = shmget((key_t)1234, sizeof(struct Conn_stat), 0666|IPC_CREAT);
	if(shmid == -1)
	{
		fprintf(stderr, "shmget failed\n");
		exit(0);
	}
	
	//将共享内存连接到当前进程的地址空间
	shm = shmat(shmid, 0, 0);
	if(shm == (void*)-1)
	{
		fprintf(stderr, "shmat failed\n");
		exit(1);
	}
	// 打印当前共享内存
	printf("\nMemory attached at %p\n", shm); 
	
	
	stat = (struct Conn_stat*)shm;
	

	int i = 0;
	while((i++) < 10)
	{
	// 读取共享内存中的结构体
		printf("ip = %s ,count: %d\t\t\n", stat->ip, stat->count);	
		sleep(1);
	}
	
	//把共享内存从当前进程中分离
	if(shmdt(shm) == -1)
	{
		fprintf(stderr, "shmdt failed\n");
		exit(2);
	}
	//删除共享内存
	if(shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1) // 共享内存就不可再被访问了
	{
		fprintf(stderr, "shmctl(IPC_RMID) failed, reason: %s\n",strerror(errno));
		exit(3);
	}
	exit(0);
}

第一个程序向共享内存中写入数据,第二个程序向共享内存中读取数据

文件映射 mmap

1. 文件进行频繁读写，将一个普通文件映射到内存中
2. 将特殊文件进行匿名内存映射，为关联进程提供共享内存空间
3. 为无关联的进程提供共享内存空间，将一个普通文件映射到内存中

• void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);

• int munmap(void *addr, size_t length);

• 参数

  • addr：指向欲映射的内存起始地址，通常设为 NULL，代表让系统自动选定地址，映射成功后返回该地址。

  • length：代表将文件中多大的部分映射到内存。

  • prot：映射区域的保护方式。可以为以下几种方式的组合：

      PROT_EXEC         执行   
      PROT_READ         读取
      PROT_WRITE        写入
      PROT_NONE         不能存取
    

• 参数

  • flags：影响映射区域的各种特性。必须要指定MAP_SHARED(没有亲缘关系) 或MAP_PRIVATE(有亲缘的,私有)。

 MAP_SHARED     － 映射区域数据与文件对应，允许其他进程共享
 MAP_PRIVATE    － 映射区域生成文件的copy，修改但不同步文件
 MAP_ANONYMOUS  － 建立匿名映射。此时会忽略参数fd，不涉及文件，而
                   且映射区域无法和其他进程共享。
 MAP_DENYWRITE  － 允许对映射区域的写入操作，其他对文件直接写入的
                   操作将会被拒绝。
 MAP_LOCKED     － 将映射区域锁定住，这表示该区域不会被置swap(就是有些时候,内存空间不够用的时候,系统就会偷偷的把数据从内存移动到磁盘)

• • fd：要映射到内存中的文件描述符。如果使用匿名内存映射时，即flags中设置了MAP_ANONYMOUS，fd设为-1。有些系统不支持匿名内存映射，则可以使用fopen打开/dev/zero文件，然后对该文件进行映射，可以同样达到匿名内存映射的效果。
• • 参数offset：文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是分页大小的整数倍。

一个小栗子:这两个进程需要在同一个目录下
map_write.c

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

struct Conn_stat
{
	int count;
	char ip[64];
};


int main(int argc,char *argv[]) //这个进程用于创建映射区进行写。
{
	// 需要传入一个参数
	if(argc != 2)
	{
		printf("Usage: %s  file.\n",argv[0]);
		exit(1);
	}

	struct Conn_stat stat = {0,"127.0.0.1"};
	
	// 读写 创建 截断
	int fd = open(argv[1],O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open");
		exit(2);
	}
	ftruncate(fd,sizeof(struct Conn_stat));  // 设置文件大小为结构体大小
	
   // 最后一个参数为4096的整数倍
   //创建一个结构体大小的共享映射区。共享映射区我们可以当做数组区看待。
	struct Conn_stat *p = 
	  (struct Conn_stat*)mmap(NULL,sizeof(struct Conn_stat),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
	
	if(p == MAP_FAILED)
	{
		perror("mmap");
		exit(3);
	}
	close(fd); //关闭不用的文件描述符。

	memcpy(p,&stat,sizeof(struct Conn_stat));
	
	while(p->count < 30)
	{
		p->count++;
		sleep(1);
	}
	int ret = munmap(p,sizeof(struct Conn_stat));// 解除映射
	if(ret < 0)
	{
		perror("mmumap");
		exit(4);
	}

	return 0;
}

map_read.c

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

struct Conn_stat
{
	int count;
	char ip[64];
};

int main(int argc,char *argv[]) 
{
	if(argc != 2)
	{
		printf("Usage: %s  file.\n",argv[0]);
		exit(1);
	}


	int fd = open(argv[1],O_RDONLY,0644);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open");
		exit(2);
	}
	
	struct Conn_stat stat;

	struct Conn_stat *p = 
	  (struct Conn_stat*)mmap(NULL,sizeof(struct Conn_stat),PROT_READ,MAP_SHARED,fd,0);
	if(p == MAP_FAILED)
	{
		perror("mmap");
		exit(3);
	}
	close(fd);
	
	int i = 0;
	while((i++) < 10)
	{
		printf("ip = %s ,count: %d\t\t\n",p->ip,p->count);	
		sleep(1);
	}
	int ret = munmap(p,sizeof(stat));
	if(ret < 0)
	{
		perror("mmumap");
		exit(4);
	}

	return 0;
}

写入文件 传入文件名

读取文件 也可以配合信号量,多个进程一起读取